فایل word حمل و نقل ریلی و بررسی روسازی های بتنی در آنها

مقدمه:
با توجه به گسترش روز افزون حمل و نقل ریلی در سطح کشور و تغییر جهت به سمت سیستم های حمل و نقل عمومی و بویژه سیستم های حمل و نقل ریلی و به صورت ویژه حمل و نقل ریلی درون شهری بررسی و جایگزینی سیستم های روسازی بالاستی با سیتمهای جدیدتر و کاراآتر غیر قابل اجتناب می باشد با توجه به رویکرد دولت مبنی بر ساخت و افتتاح حداقل چهارصد کیلومتر شبکه حمل و نقل ریلی داخل شهری و همچنین سیستم های سرسیع السیر ریلی برون شهری ضرورت مطالعه و ترویج روسازی های بتنی در حمل و نقل ریلی اجتناب ناپذیر می باشد با توجه به نوپاوجوان بودن روسازی در حمل و نقل ریلی در جوامع علمی و بویژه در کشور ایران به نوعی خلا و فقدان اطلاعات علمی و مدرن درباره این موضوع کاملاً مشهود می باشد. با توجه به سابقه طولانی مدت روسازی بالاستی در سیستم راه آهن کشور و همچنین عدم اطلاع کافی و در دسترس نبودن اسناد و مستندات علمی درباره روسازی بتنی باعث عدم استفاده گسترده از این سیستم در سطح کشور گردیده است نگارنده تلاش نموده با توجه به رویکرد فوق الذکر و احساس فقر شدید علمی در این زمینه نسبت به کاوش و تحقیق در این مورد بمنظور استقبال بیشتر از این نوع روسازی قدم بردارد. امید است این پایان نامه موفق به گشایش و باز نمودن گوشه ای از مشکلات این صنعت عظیم گردد. اهمیت استفاده از روسازی های بتنی هنگامی مشهود می گردد که مواد زیر مورد توجه قرار گیرد و 1- پایداری و استحکام فوق العاده خط در برابر نیروی استاتیکی و دینامیکی وارده از طرف قطار 2- هزینه های تعمیر و نگهداری بسیار پائین در مقایسه با روسازی بالاستی 3- عدم انحرااف روسازی های بتنی از شرایط ابده آل بهره برداری در مقایسه با روسازی های بالاستی و بسیاری از مزایای دیگر که در طول پایان نامه بدان اشاره خواهد شد البته پاره ای از معایب نیز بدین سیستم وارد می باشد که به موقع بیان خواهد گردید. در حدود 30 سال پیش مهندسان راه‌آهن اروپا در کشورهایی با راه‌آهن پیشرفته اقدام به بررسی سیستم واگن‌ها و خطوط راه‌آهن برای حرکت قطارها با سرعت بالاتر از  200 km/h نمودند.
تمرکز اصلی آنها بر این موضوع بود که آیا امکان تعمیر و نگهداری خطوط با بالاست به اندازه کافی قبل از اینکه توسط اثرات شدید عملکرد قطارهای سریع‌السیر سست شوند وجود دارد یا نه ؟ در همان زمان ژاپن تصمیم گرفت از خطوط با بالاست بر پایه تئوری جدید ( بهینه سازی خطوط با بالاست با توجه به نیازهای تعمیرات و نگهداری) استفاده نماید. متصدیان راه‌آهن فرانسه و آلمان نقطه نظرات متفاوتی در این زمینه داشتند. در فرانسه تصور می‌شد که بهره‌برداری در سرعت بالاتر از 200 km/h روی خطوط با بالاست نیز امکان پذیر است , ولی آلمانی‌ها بر این عقیده بودند که اگر چه خطوط با بالاست تا سرعت 200km/h را جواب میدهد ولی برای سرعت‌های بالاتر از آن باید از خطوط با دال بتنی استفاده شود .
در سال1988 , ICE  آلمان به سرعت 407 km/h دست یافت و در 1990 , TGV فرانسه به رکورد 515km/h  دست یافت . هر دو رکورد برروی خطوط با بالاست بود . ضمنا در ژاپن بالاترین سرعت در آن زمان 425km/h  بود که در سال 1993 روی خطوط با دال بتنی به دست آمده بود. سیستم رهدا 2000 برای اولین بار در July 2000 به عنوان قسمتی از خط سریع السیر بن Leipzig و Halle بکار رفت .
روسازه سیستم رهدا 2000نیازمند به یک بستر بدون نشست می باشد چرا که میله های تقویتی آن که در مرکز دال بتنی قرار داده شده اند بیشتر به منظور مرتب کرده و منظم کردن برخی ترکها و انتقال نیروی جانی ایفای نقش می کند که تابه منظور ایجاد یک دال سخت (مقاوم در برای خمش)
در ژاپن تجربیات تلخ خط 516 کیلومتری توکایدو  که در سال 1964 افتتاح گردید این خط در ابتدا دارای خط بالاستی بود و مشکلات عدیده‌این سیستم منجر به ابداع و توسعه خط با دالهای پیش ساخته گشت.
خط شینکانسن ژاپنی ها یک خط با دال بتنی است که از یک لایه زیرین تثبیت شده با سیمان (بستر بتنی) تشکیل شده است. میله‌های استوانه‌ای بتنی  برای جلوگیری از حـرکت طـولی و عـرضی , و بتن های مسلح پیش تنیده با ابعاد 19/0*34/2*93/4 (متر) در خطوط عادی و با ضخامت تنها 16/0 متر در تونلها
 راه‌ها به منزله‌ی رگ‌های حیاتی یک کشور می‌باشند و تپش منظم قلب یک سرزمین در اثر عبور بدون وقفه خون در شریان‌های آن است. فقط زمانی یک کشور به پویایی و تکامل می‌رسد که انسان, کالا و مواد تولیدی منظم و تحت برنامه‌ای صحیح جابجا شوند. یک سیستم حمل و نقل کارآ به‌عنوان یکی از مهم‌ترین پیش‌نیازهای اساسی توسعه همه‌جانبه شناخته شده است. و به همین منظور منابع مالی و انسانی قابل توجهی برای ساخت و ارتقای شبکه‌ی حمل و نقل اختصاص می‌یابد. شبکه‌ی ریلی به دلیل امتیازهایی مانند سرعت, نظم درساعات رفت و آمد, حجم بالای جابجایی مسافر و کالا, راحتی و ایمنی از سوی برنامه‌ریزان و مدیریت کلان کشورها مورد توجه ویژه قرار دارد. به منظور ارتقا کیفیت خطوط راه‌آهن در سال‌های اخیر استفاده از مسیر دالی شکل (Slab Track) در روسازی راه‌آهن به دلایل زیر گسترش فراوانی یافته است:

1)     ارتقا ایمنی در مسیر حرکت قطارها
2)     کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری
3)     افزایش سرعت قطار
4)     کاهش آلودگی صوتی
5)     از بین بردن خط پرتاب مصالح بالاست.
روسازی بدن بالاست به دو روش پیش‌ساخته و در جا  اجرا می‌شوند. با توجه به بررسی نتایج هزینه‌های مربوط به احداث خطوط راه‌آهن با شیوه فاقد بالاست و خطی که بر بالاست احداث می‌شود, انجام شده است. به این نتیجه می‌رسیم که شیوه بدون بالاست اقتصادی‌تر می‌باشد. بنابراین منطقی است که با استفاده از تکنولوژی اجرای سیستم بدون بالاست هم هزینه عملیات اجرایی را کاهش دهیم و هم از مزایای ذکر شده در بالا بهره‌مند گردیم.
ابتدا به کلیاتی راجع به تاریخچه‌ای از راه‌آهن و سپس به روش سنتی استفاده از بالاست در روسازی راه آهن پرداخته می‌شود و سپس چند روش رایج در روسازی بدون بالاست مورد بررسی قرار می‌گیرد و در پایان مقایسه‌ای بین این روش‌ها انجام خواهد گرفت.

از ابتدای فعالیت‌های بشری تا به امروز, حمل و نقل ایمن و سریع انسان و کالا هدف همیشگی هر جامعه‌ی سازمان یافته‌ای بوده است. تحولات اساسی شناخته شده در توسعه حمل و نقل عبارت بوده‌اند از: اختراع چرخ, راه‌آهن و هواپیما. راه‌آهن به شکل امروزی برای اولین بار دراوایل قرن نوزدهم و در معادن انگلیس ظاهر شد. خصوصیت اصلی آن تأمین حرکت هدایت شده چرخ توسط خط و با تماس فلز به فلز است. به طوری‌که تنها یک درجه آزادی را برای وسیله نقلیه ریلی فراهم می‌آورد.
به‌هرحال پیشتازان راه‌آهن امروزی خیلی زودتر از قرن نوزدهم ظاهر شدند. حرکت گاری‌ها و واگن‌ها بر روی ریل‌های فلزی در یک نقاشی مربوط به سال 1550 میلادی که در شهر باسل سوئیس پیدا شده و روش‌های حمل و نقل در معادن آلسس را نشان می‌دهد, به تصویر کشیده شده است. حرکت هدایت شده گاری‌ها به طور کلی, آن‌گونه که از شیارهای ایجاد شده روی سنگ‌فرشها برای تسهیل و تسریع حرکت گاری‌ها برمی‌آید, درزمان رمی‌ها نیز شناخته شده بود.
در مونت پنتلی نزدیک آتن, که سنگ های مرمر سفید برای پارتنن و سایر بناهای تاریخی از آن‌جا تأمین شده است, شیارهای عمیق موجود در زمین‌های صخره‌ای روش‌های مورد استفاده توسط یونانی‌های باستان برای انتقال تخته سنگ‌های مرمرین به محل‌های ساخت را آشکار می‌کند علاوه بر این, آن‌گونه که بعضی از نویسندگان گفته‌اند, حرکت هدایت شده با قراردادن ناودانی‌های چوبی بر روی راه‌های لجن‌زار و هدایت کالسکه‌ها در یونان باستان مورد استفاده قرار گرفته است. در آن زمان دو عدد ناودانی برای عبور یک کالسکه کافی به نظر می‌رسید و زمانی که دو کالسکه از روبه‌رو به یکدیگر می‌رسیدند, راننده‌جوان‌تر به رانندهی پیرتر راه می‌داد. نقل شده است که در یک چنین حالتی اودیپ از راه دادن به راننده پیرتر که از جهت مقابل می‌آمد, سرباز زد و او را کشت, غافل از این که او پدرش لئوس بود.
خصوصیات راه‌آهن
راه‌آهن دارای ویژگی‌های زیر است:
-    چرخش چرخ‌های با طوقه فلزی روی دو راه باریک فلزی که ریل نامیده می‌شوند, تماس دو فلز به علت مقاومت کمی که در برابر چرخش ایجاد می‌کند (کم‌تر از 3 کیلوگرم برای هر تن) موجب می‌شود که می‌توان برای هر واحد توان مفروض بارهای به مراتب زیادتری با راه‌آهن در مقایسه با جاده حمل کرد. تنها چیزی که ظرفیت قطارها را محدود می‌کند, مقاومت بست‌های بین واگن‌ها توزیع شده‌اند قطارهای به وزن تا 4000 تن در راه‌آهنهای اروپا و آمریکا رفت و آمد می‌کنند, و حتی می‌توان قطارهای به گنجایش 15000 تن برای حمل سنگ‌های معدنی به راه انداخت که بیش از دو راننده لوکوموتیو لازم نداشته باشند.
-    هدایت دقیق لوکوموتیو و واگن‌ها که به وسیله شکل خاص قارچ ریل و شکل طوقه چرخ صورت می‌گیرد و این امکان را می‌دهد که از تمام عرض زیربنای راه یا دهانه تونل‌ها و عرض پل‌ها استفاده کامل گردد, زیرا فاصله عرضی دو قطار سریع را که در جهت‌های مختلف حرکت می‌کنند می‌توان به حداقل کاهش داد (مثلاً به 20 سانتی‌متر برای قطارهایی که 15/3 متر عرض دارند و هریک با سرعت 140 کیلومتر در ساعت حرکت می‌کنند)
-    رفت و آمد قطارها به علت وجود ریل‌ها فقط یک درجه آزادی بیشتر ندارد (حرکت طولی) و بنابراین راه‌آهن از هر وسیله دیگری برای بهره‌برداری خودکار (اتوماتیک) مناسب‌تر است. در عوض راه‌آهن به فراز و نشیب خیلی حساسیت دارد و ساختمان آن خاک‌ریزی و خاک‌برداری و پل و تونل‌های زیاد و پرخرجی را ایجاب می‌کند. ولی این مخارج زیاد فقط خاص راه‌آهن نیست. تجربه نشان می‌دهد که در شرایط مساوی یک بزرگراه چهارخطه (2×2خطه) در حدود 50 درصد گران‌تر از راه‌آهن تمام می‌شود.
امتیازهای راه‌آهن
خصوصیات ذکر شده در بالا به راه‌آهن امتیازهایی می‌دهند که عبارتنداز:
سرعت, ایمنی, نظم در ساعات رفت و آمد, دبی و راحتی
سرعت:
بررسی سرعت حرکت قطارها در اروپای غربی نشان می‌دهد که بیشتر شهرهای آن با سرعت متوسطی بیش از 120 کیلومتر در ساعت با یکدیگر در ارتباطند. در فرانسه علاوه بر قطارهای بسیار سریع T.G.V قطارهای سریع معمولی با سرعت‌های متوسطی در حدود 140 تا 160 کیلومتر در ساعت بین شهرهای مختلف آن رفت و آمد می‌کنند زمان پیمودن هر مسیر برای قطارهای معمولی (غیرسریع) حدود 5 تا 15% بیشتر از زمان‌های حساب شده برای قطارهای سریع است. سرعت حداکثر برای قطارهای باری سنگین برحسب مورد برابر 90 تا 120 کیلومتر در ساعت است.
-         ایمنی
راه‌آهن مطمئن‌ترین وسیله‌ی ترابری است. آمار نشان می‌دهد که به طور متوسط تلفات در راه‌آهن از یک کشته برای هر میلیارد مسافر کیلومتر هم کم‌تر است. در صورتی که این رقم برای جاده بیش از 100 و برای هواپیما در حدود 25 است.
نظم
راه‌آهن بدون شک منظم ترین وسیله حمل و نقل است. درواقع جز در موراد بسیار استثنایی تغییرات شرایط جوی بر آن بی‌اثر است و قطارها مجبور نیستند که به علت بدی هوا یا کمی دید مسیرشان را در طول راه عوض کنند. آمار مربوط به کشورهای اروپای غربی نشان می‌دهند که نسبت درصد قطارهای خطوط بین شهری که بیش از 15 دقیقه تأخیر دارند از 2% کم‌تر است. برای قطارهای حومه تأخیرهای بیش از 5 دقیقه از 1% هم کم‌ترند.
ظرفیت
راه‌آهن مناسب‌ترین وسیله برای انتقال تعداد زیادی مسافر یا حمل مقدار قابل ملاحظه‌ای بار است. دبی یا ظرفیت حمل در ساعت یک راه‌آهن تابع ظرفیت و فرکانس (تعداد در ساعت) قطارهایی است که در روی آن حرکت می‌کنند. برای یک قطار بین شهری اگر فقط جاهای نشسته را به حساب آوریم, و قطارها دارای واگن‌های درجه 1 و 2 اروپایی یعنی کوپه‌های 6 نفره و 8 نفره باشند, ظرفیت هر قطار با 13 یا 14 واگن مسافری درحدود 1000 تا 1100 نفر است و دبی حاصل از آن اگر هر 3 دقیقه یک قطار حرکت کند, 20000 تا 22000 نفر در ساعت و در هر جهت است.
برای قطارهای حومه ظرفیت با توجه به جاهای ایستاده می‌تواند به 1800 تا 2000 نفر و حتی به 2400 تا 2500 نفر هم همان‌طور که در خطوط حومه جنوب شرقی پاریس و خط سریع ناحیه‌ای  (R.E.R.) این شهر متداول است, برسد و چون فرکانس قطارهای حومه را می‌توان به آسانی به 24 قطار در ساعت یعنی یک قطار هر دو دقیقه و نیم افزایش داد. از این اعداد دبیی برابر 60000 مسافر در ساعت حاصل می‌شود. مطالعاتی که در سال‌های اخیر صورت گرفته است, نشان می‌دهند که می‌توان به کمک دستگاه‌های خودکار و اطاق فرمان مرکزی فرکانس را به 30 قطار درساعت و حتی بیشتر افزایش داد. به این ترتیب توجه می‌کنیم که وقتی تعداد مسافرینی که باید جابجا شوند, زیاد است, دبی نقش مهمی را به نفع راه‌آهن ایفا می‌کند. به عنوان مثال ایستگاه حومه شین ژوکو (Shinjuku) توکیو یا ایستگاه حومه سن‌لازار (Saint-Lazard) پاریس هریک در دو ساعت ازدحام ترافیکی در حدود سیصد هزار مسافر را تحمل می‌کنند.
مساله رفت و آمد مسافرین بین شهرهای بزرگ و حومه آن‌ها را نمی‌توان به آسانی جز به وسیله قطار شهری موجود است و در حدود 40 شهر دیگر هم از جمله تهران طرح‌های احداث مترو در دست اجرا یا در مرحله مطالعه‌اند.
درخطوط بین شهری هم راه‌آهن توکایدو و در طول 513 کیلومتر از مناطقی با جمعیت کل 60 میلیون نفر می‌گذرد و ترافیک ساعتی آن در حدود 5000 نفر در هر جهت است.
در مورد کالا هم راه‌آهن بعد از راه‌های آبی مناسب‌ترین وسیله برای حمل و نقل بار به مقدار زیاد است و به این دلیل است که از نیمه دوم قرن بیستم به بعد در بسیاری از کشورهای در حال توسعه آفریقا, آسیا و آمریکای جنوبی خطوط راه‌آهنی برای حمل مواد معدنی ساخته یا بازسازی شده‌اند.
راحتی
آمار و تجربیات متفاوت نشان می‌دهند که در زمان مساوی کم‌ترین خستگی در مسافرت یا راه‌آهن به وجود می‌آید, زیرا وجود امکانات رفاهی بسیاری از نیازهای مسافرین رابرآورده می‌کند.
-عصر طلایی راه‌آهن
توسعه راه‌آهن به نحو شگفت‌انگیزی تحت تأثیر انقلاب صنعتی, کشف قوه بخار و بهره‌برداری وسیع از معادن زغال سنگ و سنگ‌آهن قرار گرفت. اولین خطوط راه‌آهن در کشورهای اروپایی حدود سالهای 1830 به کار افتاد و شبکه‌های راه‌آهن در اوایل قرن بیستم به حداکثر تراکم خود رسید. عاملی که باعث رشد سریع راه‌آهن گردید, سرعت زیاد (با استانداردهای آن زمان) بود که ارتباطات سریع را باعث می‌شد. موتورهای بخار در مراحل آزمایشی عملکردهای شگفتی را نشان می‌دادند. سال 1835 سرعت 100 کیلومتر در ساعت در انگلستان, سال 1890 سرعت 144 کیلومتر در ساعت در فرانسه, سال 1930 سرعت 213 کیلومتر در ساعت در آلمان. اگرچه حداکثر سرعت در عمل بسیار کمتر بود (  تا  سرعت آزمایشی), ولی به رشد سریع حمل و نقل ریلی کمک زیادی نمود.
به‌کارگیری توان کشش برقی در اوایل قرن بیستم توسعه بیشتر راه‌آهن را مسیر ساخت, در حالی‌که توسعه ارسال علایم و کنترل از راه دور به صورت مرکزی قبل از جنگ جهانی دوم چهره امروزی راه‌آهن را در سال‌های 1950 ترسیم نمود.
-راه‌آهن و سایر سیستم‌های حمل و نقل رقیب
به‌هرحال زمان تغییر کرده است و آن چیزی که در اوایل قرن بیستم بسیار جذاب بود, به زودی از مطلوبیت کم‌تر و کم‌تری برخوردار گردید. هواپیماها و اتومبیل‌های شخصی در حال ارائه خدمات حمل و نقلی در مقیاس‌های مختلف بودند. تحت تأثیر فشار ناشی از رقابت, راه‌آهن نیز به اجبار باید راه توسعه و نوگرایی را در رابطه با سرعت,‌کاهش هزینه‌های حمل و نقل, سازمان‌دهی بهتر و بهبود خدمات ارائه شده انتخاب می‌نمود. بنابراین به دوران راه‌آهن‌های سریع‌السیر حرکت با سرعت‌های 250 تا 300 کیلومتر در ساعت (سرعت 515 کیلومتر در ساعت در سال 1990 توسط راه‌آهن فرانسه در مراحل آزمایشی تجربه شد), حمل و نقل ترکیبی (ترکیب حمل و نقل جاده‌ای و راه‌آهن) جابجایی حجم زیاد مسافر و کالا (خدمات ترددی و بار (بارهای فله) می‌رسیم.
با این وجود, همگام با راه‌آهنهای سنتی (که براساس تماس فلز و فلز قرار دارد), از اواسط سال‌های 1970 تجارب مختلف برای توسعه تکنیک‌هایی که با حفظ حرکت هدایت شده (مانند راه‌آهن) بتوان از هرگونه تماس مستقیم وسیله در حال حرکت و زیرسازه نگه‌دارنده اجتناب نمود, شروع گردید. این کوشش‌های شامل قطار هوارو می‌شود, که در مراحل آزمایشی سرعت‌هایی در حدود 422 کیلومتر در ساعت را برای قطار هوارودر سال 1969 و 600 کیلومتر در ساعت را برای قطار مغناطیسی در سال 1991 به ارمغان آورد.
-تحول در سازمان راه‌آهن‌ها
تشکیلات شرکت‌های راه‌آهن در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم به صورت فعالیت‌های کوچک تجاری خصوصی شروع گردید. اهمیت استراتژیک راه‌آهن کشورهای مختلف از نظر اقتصادی و امنیتی, و هم‌چنین کسری‌های اقتصادی به وجود آمده, بین سال‌های 1935 تا 1960 بسیاری از دولت‌ها را به سمت ملی کردن راه‌آهنهای خود سوق داد. بنابراین, بعد از سالهای 1950 بسیاری از راه‌آهنها جزئی از تشکیلات مدیریتی دولتی شدند. این مساله از یک طرف توسعه سازمان یافته حمل و نقل ریلی را در مقیاس ملی, و از طرف دیگر عدم تمایل و بی‌تفاوتی نسبت به نوگرایی و در نتیجه افزایش زیان‌های اقتصادی را به دنبال داشت (سال‌های 1960 تا 1980)
توسعه بازار حمل و نقل در اواخر سالهای 1980 (یعنی آزادسازی تدریجی فعالیت‌های حمل و نقلی از چهارچوب قانونی که بیش از سه دهه در محدوده آن عمل می‌شد), سازمان‌های راه‌آهن را وادار ساخت تا در سازمان‌دهی خدمات حمل و نقلی خود کاهش هزینه‌های حمل و نقلی, استفاده از فن‌آوری جدید, به‌کارگیری بهتر برتری‌های خود و نوگرایی  به منظور داشتن توان رقابت در بازار حمل و نقل, انعطاف‌پذیری بیشتری نشان دهد. از همان سال‌ها بعضی از کشورها مانند ژاپن, انگلستان, سوئد و … خصوصی‌سازی راه‌آهنهای ملی خود را شروع کرده بودند از نقطه نظر بازار حمل و نقل, هرگونه فن‌آوری و نوسازی تنها به دلیل رقابت و کارآیی اقتصادی, در مقایسه با خدمات ارائه شده توسط سایر سیستم‌های حمل و نقلی (جاده‌ای, هوایی) قابل توجیه است

معرفی موضوع به منظور تحقیقات بعدی
-    مقایسه سیستم های مختلف پابند(fastening) و بررسی پارامتر های موثر بر ان
-    بررسی  انتخاب نوع روسازی وتاثیر ان در هزینه های تمام شده در سیستم های حمل و نقل ریلی درون و برون شهری